Peningkatan Efisiensi Energi pada Pemrosesan Bertekanan Tinggi

Pemrosesan Bertekanan Tinggi (HPP) adalah metode pengawetan pangan nontermal yang menjamin keamanan mikrobiologis dan memperpanjang umur simpan sekaligus mempertahankan mutu pangan, meskipun inefisiensi energinya akibat udara dan gas yang terperangkap menimbulkan tantangan operasional bagi penerapan yang berkelanjutan. Penghilangan gas secara ultrasonik dari cairan penerus tekanan dan pangan cair mengurangi kompresibilitas, sehingga meminimalkan kehilangan energi dan meningkatkan efisiensi keseluruhan proses HPP.

Pemrosesan Bertekanan Tinggi (HPP): Tantangan Efisiensi Energi

Pemrosesan Bertekanan Tinggi (HPP) merupakan salah satu teknik pengawetan pangan nontermal terkemuka, yang menawarkan kombinasi inaktivasi mikroba dan pemeliharaan mutu untuk produk pangan cair dan padat. Teknologi HPP mencapai keamanan pangan dan memperpanjang umur simpan tanpa mengorbankan sifat sensoris atau nilai gizi pangan, selaras dengan meningkatnya preferensi konsumen terhadap produk yang diproses secara minimal. Namun, kebutuhan energi HPP menimbulkan tantangan operasional yang signifikan, terutama akibat inefisiensi yang ditimbulkan oleh udara dan gas yang terperangkap dalam proses. Mengatasi tantangan ini merupakan kunci untuk mewujudkan potensi penuhnya bagi produksi pangan yang berkelanjutan.

Gambaran Umum: HPP dan Tantangan Energinya

Solusi: Penghilangan Gas secara Ultrasonik dari Cairan HPP

Penghilangan gas secara ultrasonik menawarkan solusi yang efisien untuk meningkatkan efisiensi energi Pemrosesan Bertekanan Tinggi (HPP) dengan menghilangkan udara dan gas yang terperangkap dari cairan penerus tekanan maupun produk pangan cair. Dengan menerapkan ultrasonik berdaya tinggi, kavitasi ultrasonik mendorong penggabungan dan pelepasan gelembung gas secara cepat, sehingga mengurangi kompresibilitas dan meminimalkan kehilangan energi selama kompresi. Optimalisasi ini tidak hanya menurunkan biaya operasional, tetapi juga meningkatkan kestabilan proses, sehingga menjadikan HPP lebih berkelanjutan dan efektif untuk pengawetan pangan.
 

Penghilangan Gas secara Ultrasonik dari Air

Cara Kerja HPP

Pemrosesan Bertekanan Tinggi (HPP) bekerja dengan memaparkan produk pangan, yang biasanya berada dalam kemasan fleksibel dan kedap air, pada tekanan yang sangat tinggi hingga 6.000 bar (600 MPa). Proses ini berlangsung dalam bejana bertekanan tinggi yang berisi air dengan urutan sederhana:

1. Pemuatan: Produk dalam kemasan ditempatkan dalam keranjang plastik dan diangkut ke dalam bejana bertekanan tinggi.
2. Pemberian Tekanan: Air diisikan ke dalam bejana dan berfungsi sebagai media penerus tekanan. Sistem kemudian diberi tekanan hingga tingkat yang diinginkan, yang biasanya dipertahankan selama beberapa menit.
3. Efek Isostatik: Tekanan diterapkan secara seragam dan seketika ke seluruh produk, terlepas dari ukuran, bentuk, atau komposisinya. Tekanan isostatik ini menginaktivasi mikroorganisme bawaan pangan dan enzim penyebab kerusakan tanpa menghancurkan atau mengubah bentuk produk.
4. Pelepasan Tekanan dan Pembongkaran: Tekanan dalam bejana dilepaskan, air dikuras, dan produk yang telah diberi perlakuan diangkut keluar, siap untuk dikonsumsi atau diproses lebih lanjut.

Pemrosesan Bertekanan Tinggi (HPP)
© Balakrishna et al., 2020

 
Metode HPP menjamin keamanan pangan sekaligus mempertahankan rasa, tekstur, dan kandungan zat gizi. Namun, proses ini memerlukan masukan energi yang besar, yang dipengaruhi oleh beberapa inefisiensi operasional.

Tantangan Konsumsi Energi yang Tinggi dalam HPP

Salah satu kelemahan utama HPP adalah konsumsi energinya yang tinggi. Sifat proses yang membutuhkan banyak energi ini berasal dari:

• Pemberian Tekanan pada Air (Cairan Kopling): Air yang digunakan untuk meneruskan tekanan isostatik memerlukan energi yang besar untuk dikompresi dan mempertahankan tekanan target.
• Udara dan Gas yang Terperangkap dalam Cairan Kopling: Gelembung udara dalam air mengurangi efisiensi penerusan tekanan, sehingga meningkatkan kebutuhan energi. Gelembung ini terkompresi selama pemberian tekanan, menyerap energi yang seharusnya dapat digunakan untuk memberi perlakuan pada produk pangan.
• Gas dalam Produk Kemasan: Udara atau gas yang terperangkap dalam pangan kemasan (misalnya, dalam produk kalengan atau semipadat) juga berkontribusi terhadap kehilangan energi. Kompresi kantong gas di dalam produk memerlukan energi tambahan dan dapat mengganggu keseragaman tekanan.
• Kehilangan Energi Termal: Meskipun HPP dianggap sebagai proses nontermal, sebagian energi terdisipasi sebagai panas akibat kompresi air dan gesekan peralatan. Hal ini meningkatkan biaya operasional dan kebutuhan pendinginan.

Dampak Udara dan Gas yang Terperangkap terhadap Kebutuhan Energi HPP

Keberadaan udara dan gas berdampak signifikan terhadap efisiensi HPP:

• Penurunan Efisiensi Penerusan Tekanan: Udara dan gas lebih mudah terkompresi daripada cairan, sehingga diperlukan energi tambahan untuk mencapai tekanan yang sama di dalam bejana.
• Waktu Pemrosesan yang Lebih Lama: Udara dan gas yang terperangkap memperlambat stabilisasi tekanan isostatik, sehingga memperpanjang durasi siklus.
• Pemborosan Energi: Kantong gas yang terkompresi melepaskan energi saat tekanan dilepaskan, dan energi ini tidak dapat dipulihkan, sehingga berkontribusi terhadap inefisiensi keseluruhan.

Efek ini terutama terasa saat memproses produk pangan dengan kandungan udara yang secara alami tinggi atau kemasan yang memerangkap gas di ruang kosong di atas produk, seperti produk kalengan atau produk dalam kemasan vakum.

Strategi untuk Mengatasi Tantangan Energi dalam HPP

Upaya untuk meningkatkan efisiensi energi HPP berfokus pada pengurangan pengaruh udara dan gas di dalam sistem:
Praperlakuan – Penghilangan Gas secara Ultrasonik:
Penerapan ultrasonik untuk menghilangkan udara dan gas terlarut dari cairan kopling dan produk pangan dapat mengurangi pemborosan energi secara signifikan. Kavitasi ultrasonik secara efektif memecah gelembung gas, sehingga gas dapat keluar sebelum pemberian tekanan.
Selain itu, produk dapat mengeras setelah penghilangan gas secara ultrasonik dalam kondisi vakum, terutama produk kalengan atau produk yang disegel.

Penurunan oksigen terlarut seiring waktu menggunakan sonikator UP400ST pada amplitudo 100 %, 80 %, 60 %, 40% dan 20 %.
Studi: ©Rognerud et al., 2020.

Sonikasi sebagai Alternatif untuk HPP yang Berkelanjutan

Sistem HPP hibrida yang menggabungkan ultrasonik berkinerja tinggi dengan pemanasan ringan (termosonikasi) atau dengan tekanan yang ditingkatkan dan pemanasan ringan (manotermosonikasi) merupakan teknik alternatif yang menjanjikan, yang memberikan homogenisasi dan pasteurisasi yang andal dalam kondisi ringan dan dengan konsumsi energi yang rendah. Karena pasteurisasi ultrasonik merupakan proses dalam jalur alir, bahkan volume besar dapat diproses dengan efisiensi biaya yang tinggi.
Pelajari lebih lanjut tentang sonikator Hielscher untuk pasteurisasi pangan cair dalam jalur alir!

Meskipun HPP digunakan secara luas untuk pemrosesan pangan, sifatnya yang membutuhkan banyak energi, diperparah oleh inefisiensi akibat udara dan gas yang terperangkap, menimbulkan tantangan yang krusial. Dengan mengintegrasikan strategi seperti penghilangan gas secara ultrasonik, industri pangan dapat meningkatkan keberlanjutan dan efektivitas biaya HPP.
Hielscher Ultrasonics adalah mitra tepercaya untuk solusi proses dalam optimalisasi HPP, yang menawarkan teknologi ultrasonik canggih untuk meningkatkan efisiensi energi dan keandalan proses. Selain itu, Hielscher menyediakan solusi inovatif untuk pasteurisasi pangan sinergis berbantuan ultrasonik, guna menjamin produk pangan yang bermutu tinggi dan aman.